汽車車身制造焊點質量提升技術

胡桂金，鄧 濤，梁霖江

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

在汽車車身件的點焊焊接中，焊點表面質量一直都是影響整個車身件質量的重要因素之一[1]，特別是一些在整車上可以看見的區域，對于焊點表面質量的要求更高。但由于人員操作、焊鉗電極頭磨損、零件尺寸精度等原因，部分焊點的表面質量往往很難保證，會出現凹陷、扭曲、毛刺等表面質量問題[2]。如果該處是可見區域，則會影響到車輛的美觀性；而如果是裝配面，則會影響的相關零件的裝配，甚至可能會出現異響、零件磨損等車輛質量問題。

為了提升焊點的表面感知質量，往往需要采用特殊的工藝或工裝來實現，而墊銅板焊接是其中較為常用的一種[3]。本文通過研究電阻點焊的機理及缺陷，討論提升焊點表面質量的方法，著重研究墊銅板在電阻點焊中應用的具體實施方案，能為墊銅板焊接在具體應用過程中提供參考。

1 電阻點焊的機理及缺陷

1.1 電阻點焊機理

電阻焊是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并通以電流，利用電流流經工件接觸面及鄰近區域產生的電阻熱將其加工到熔化或塑性狀態，使之形成金屬結合的一種方法。形式如圖1所示。電阻焊形成要經過下面幾個階段：

圖1 常規電阻點焊結構圖

預壓階段：通電之前向焊接件加壓，建立良好的接觸與導電通路，保持電阻穩定。

焊接時間：向焊件通電加熱形成熔核。

維持時間：切斷焊接電流，電極壓力繼續維持至熔核凝固到足夠強度。

冷卻結晶階段：當熔核達到合格的形狀與尺寸之后，切斷焊接電流，熔核在電極力作用下冷卻。

1.2 電阻焊點缺陷

由于電阻點焊過程中存在高熱、高壓的環境，同時焊接件存在熔化、結晶的過程，所以焊接件不可避免地會出現一些缺陷：

（1）穿孔：嚴重情況，焊點母材直接穿洞；如中心部位發生穿孔縮孔也是焊穿現象，其會降低焊點的強度，特別是關鍵焊點，會產生較大影響。

（2）焊點裂紋：在焊點表面出現裂紋，也影響焊點強度。

（3）焊點毛刺：焊點周圍出現較大毛刺，也影響零件間的配合，同時也存在安全隱患。

（4）焊點扭曲：焊接角度，焊鉗不能與母材金屬垂直，造成點焊后出現扭曲現象。

（5）焊點邊緣焊：部分熔核在工件邊緣至外，影響焊點強度。

2 電阻焊點質量提升方法

2.1 調整優化焊接各參數。

根據電阻點焊的原理，可以從電阻焊形成的階段考慮，改變這幾個階段的參數。

（1）加大預壓力以消除厚工件之間的間隙，使之緊密貼合。

（2）用預熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合、防止飛濺。

（3）加大鍛壓力以壓實熔核，防止產生裂紋或縮孔。

2.2 墊銅板技術

對于薄板件且有外觀要求的零件的點焊，對焊點強度有要求之外，焊點外觀也有嚴格要求。只從焊接壓力、焊接電流、焊接時間等幾個重要參數考慮未必能解決。下面重點介紹一種提升焊點外觀技術——墊銅板。

墊銅板點焊是提升車身件焊點表面質量的方法之一。在沒有墊銅板時，普通的電阻點焊，由于電極頭附近有高溫及高壓，焊點位置會發生凹陷，而焊點周邊則會被擠壓成凸起痕跡，嚴重時會發生焊渣飛濺現象。而如果在某一側墊有銅板，由于銅板的電阻遠低于鋼板的電阻，不會對焊接電流導電方面有任何影響。而鋼板表面由于沒有電極頭的直接擠壓，不會形成凹陷和兩側凸起，能大大改善焊點的表面質量。如圖2所示。

圖2 墊銅板點焊結構圖

2.2.1 工裝結構設計原則

如果某一個區域的焊點需要使用墊銅板焊接，墊銅板的工裝一般集成在相應的焊接工裝上。相關的焊接零件會被很好的定位在工裝上，并進行夾緊，而銅板的布置及相應的連接板設計時需要則是關系到焊點質量的關鍵點。

2.2.2 銅板布置

當需要進行多個連續的墊銅板焊接時，如何設計銅板與焊點之間的關系也是其中的關鍵。

如果設計為一塊銅板對應多個焊點，雖然結構簡單且工裝成本較低，但容易發生貼合性不好的問題，導致焊點的表面質量變差。所以單個銅板對應單個焊點是最好的方案，可以通過彈簧連接板使得焊接時銅板之間不受影響，貼合性明顯提升，從而保證了焊點的表面質量，如圖3所示。銅板與零件的貼合情況影響到零件的表面質量，因此在設計銅板的時候，銅板周邊設計成圓角，這樣減少銅板棱角把零件頂出印記。

圖3 單個銅板對應單個焊點的布置形式

2.2.3 連接板設計

連接板的設計也是銅板工裝設計的關鍵之一。由于零件必然存在尺寸誤差，如果將銅板連接結構設計為剛性結構，肯定會發生銅板與零件離空或干涉的情況。如果是離空狀態，則會發生焊點凹陷的情況，焊點質量變差；如果是干涉狀態，則會導致零件沒有放在正確位置，影響零件的整體尺寸精度。所以最好的方案就是將銅板連接板設計為彈性結構，利用彈性結構來吸收焊接面的尺寸誤差。

圖4 中的連接板結構便設計為彈性結構。首先，連接板材料設計為彈簧鋼，可以擁有良好的彈性；其次，連接板本體設計為“Z”字型，相對于“一”字型的結構，在受到壓力時能更好的保證與零件的貼合性；再次，連接板的底部連接在焊接工裝的支基上，銅板則與零件設計為貼合狀態。通過連接板的彈性結構，在銅板與零件離空時通過焊鉗的夾緊可將銅板上拉至與零件貼合，在干涉時能將銅板下壓從而保證零件在工裝上放置到底部。從而即保證了焊點的表面質量，又保證了零件的尺寸精度。

圖4 “Z”字型連接板設計

3 成果應用

將以上的工裝設計原則應用到實際工裝結構中，并進行焊接驗證。經對比，使用墊銅板焊接后，焊點質量無凹陷、扭曲、毛刺等缺陷，焊點的感知質量明顯提升。如圖5和圖6所示。

圖5 未使用墊銅板焊接的焊點狀態

圖6 使用墊銅板焊接的焊點狀態

墊銅板焊接的應用區域較廣，一般來說，汽車上可見的、可觸摸到的區域均應采用墊銅板焊接的形式來保證焊點表面質量。如乘用車的發動機罩內板、行李箱蓋內板，在打開的狀態下會看到鎖扣加強板處、鉸鏈加強板處的焊點；皮卡、微型貨車的貨箱板也會看到焊點，如表1所示。這些區域的焊點一般都會采用墊銅板焊接來保證其表面質量。

表1 墊銅板焊接應用舉例

4 成果日常維護

在汽車行業中，在薄板外觀件焊接上，應用墊銅板焊接的技術有明顯優勢。焊點強度既能滿足要求，焊點和零件外觀也能保證。但這技術在日常維護上要特別注意：（1）銅板與零件是否貼合良好。銅板機構使用一定周期后，有可能連接板會失效。（2）銅板凹陷的修復。銅板使用一定時間后，與電極壓頭接觸區域會產生凹陷，此時需要打磨修復平整，否則焊點會凹陷。日常應根據凹陷情況定期修復和更換銅板。

5 結束語

墊銅板焊接可以作為提升焊點表面質量的主要方法之一，廣泛應用于汽車二級表面的點焊焊接中。銅板布置和連接板設計則是墊銅板焊接工裝設計中的關鍵點，本文推薦了單個銅板對應單個焊點的銅板布置，以及“Z”字型的連接板設計。